In this paper, we investigate capacities of two types of the multiple-input multiple-output (MIMO) optical intensity channel (OIC) under per-antenna peak- and average-intensity constraints, called the equal-cost constrained OIC (EC-OIC) and the bounded-cost constrained OIC (BC-OIC). The average intensities of input in the EC-OIC are required to be equal to preassigned constants, while in the BC-OIC those intensities are no larger than preassigned constants. We first consider a general vector Gaussian channel under moment constraints and prove that its high-SNR capacity is determined by the maximum differential entropy with some mild conditions. Then three capacity expressions are derived for the rank-one EC-OIC, the rank-one BC-OIC and the EC-OIC of rank being the number of transmit antennas minus one, respectively, based on which we obtain the results that : 1) either a rank-one EC-OIC and a rank-one BC-OIC is equivalent to some SISO OIC with an amplitude constraint and several moment constraints; 2) by asymptotic results on the moment-constrained vector Gaussian channel, both high-SNR asymptotic capacities of the EC-OIC and the BC-OIC of rank being the number of transmit antennas minus one are characterized. Furthermore, we focus on low-SNR capacity slopes for the general MIMO BC-OIC, and prove properties of the optimal intensity allocation, which simplify the involved nonsmooth optimization problem.


翻译:在本文中,我们调查了两种多重投入多重产出(MIMO)光强度频道(OIC)的能力,这两类多投入多重产出(MIIM)光强度频道(OIC)是在每安那峰值和平均强度限制下,称为EOIC(EC-OIC)等同成本限制和约束成本限制的OIC(BC-OIC)等同成本限制。 EC-OIC平均投入强度要求等于预先指定的常数,而BOIC的强度不大于预指派的常数。 我们首先认为,在当前的制约下,它高载载量频道(OIC)的能力是由具有一定温度条件的最大差异决定的。 然后,为一级EC-OIC(EC-OIC)、一级CBIC(C-O)和欧盟级级级(EC-OIC)等分数的平均容量表示,根据我们获得的结果:(1) 级级级(EC-OIC)或级级级级级级级和一级级级(OIC)等等(OIC)等(O-OIC)的低度限制和非时刻限制。

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